工业汽轮机调节级部分进汽的瞬态研究

采用计算流体力学方法研究某给水泵汽轮机调节级在低压喷嘴单独进汽和高低压喷嘴同时进汽两种工况下的三维非定常流动特性,以及动叶因周向不均匀来流而所受到的激振力变化。结果表明:当喷嘴组给定不同进汽参数工质时会造成调节级动叶入口参数周向不均匀,从而影响动叶做功;动叶离开高压区进入低压区前,动叶做功能力最大;动叶离开低压区进入高压区前动叶做负功;叶片上受到的气流激振力主要脉动频率为1倍轴频及其高阶谐频,叶轮转子受到的气流激振力主要脉动频率为1倍叶片通过频率,其受力大小与入口工质初参数有关。     

调节级非定常流动与汽流激振力数值研究

采用ANSYS-CFX商用软件数值研究了亚临界600MW汽轮机调节级在不同工况下的三维非定常流动特性与汽流激振力的变化规律。结果表明:随着调节阀门的开启,调节级后的压力升高,焓降和功率逐渐减小,级效率升高,余速损失减小;部分进汽调节级会对动叶产生明显的激振力;在进汽弧段,动叶激振力变化均匀,而从进汽弧段旋转到非进汽弧段以及在喷嘴端面附近时,汽流激振力会发生很大突变。两阀全开时动叶受切向力最大,随着阀门的开启,叶片受切向力逐渐减小。动叶片受到的低频激振力频率集中区域均小于1 000Hz,远小于高频激振力频率。     

考虑kick效应的汽轮机调节级叶片安全性分析

采用喷嘴配汽的汽轮机调节级，部分进汽不仅对机组的气动性能和效率产生影响．而且还会产生很强的汽流激振力，影响到其自身和整个机组的安全性能。文章首先基于ANSYSCFX，计算了某调节级叶片的全三维气动特性．对调节级非定常气动特性和汽流激振力的变化进行了研究．分析得到了动叶进出不进汽弧段所受到的汽流载荷急剧变化的现象，该现象被称之为调节级的kick效应；然后基于ANSYS的结构动力学模块．考虑kick效应对调节级动叶在考虑气流载荷下的动响应进行了分析；最后，根据动响应计算结果，对调节级的安全性进行了评价。整个研究过程和结论．对于调节级的安全性设计具有重要的工程参考价值和指导意义.     

部分进汽对密封间隙流体激振力影响的研究

针对喷嘴调节汽轮机在调节级出现的部分进汽对密封间隙内流场的影响,参考某型300MW汽轮机高压前轴封结构,建立了数值计算模型,研究了不同的进汽条件下的密封间隙内流场的分布和流体对转子的作用力。结果表明:部分进汽改变了密封间隙内压力和速度分布,在不进汽区域内出现低压区;间隙内的流体会向低压区填充,出现较大的切向速度;流体对转子的作用力会随进汽方式的不同而改变。与调节级动叶间隙激振力共同作用,可对转子运动和轴系的载荷分配产生影响。     

考虑汽封条件下汽轮机调节级多工况的数值研究

具有部分进汽特性的汽轮机调节级,其动叶围带顶部汽封齿后的泄漏流动同主流的相互作用,不仅影响机组的气动性能和效率,而且对机组的安全稳定性也有一定影响。基于三维黏性可压缩的Navier-Stokes方程对某150MW汽轮机调节级进行了全三维的数值模拟,建立了安装汽封齿全周流动模型,对不同进汽度下的汽轮机调节级内部流场进行了数值研究。结果表明:处于进汽段的动叶栅其流量和动叶扭矩都比较大,汽封内部流动总体是按照从动叶前缘向后缘的流动;而处于非进汽段的动叶栅,内部汽体基本处于呆滞状态,甚至存在蒸汽对动叶的扭矩为负值的情况,汽封内的流动方向改变,从动叶后缘向前缘发展。随着部分进汽度的降低,泄漏比例则显著增大,而轮周效率显著降低。     

汽轮机调节级气动性能分析和结构优化设计

喷嘴配汽调节级具有大焓降和低反动度的设计特点而应用于大功率冲动式汽轮机高压缸中。论文首先综述了大功率汽轮机喷嘴配汽调节级的气动性能和气流激振方面的研究进展。然后论文在300MW汽轮机反流初始设计喷嘴配汽调节级的气动性能分析基础上,提出了顺流结构优化设计方案。对反流初始设计和顺流优化设计的喷嘴配汽调节级在设计工况和变工况下气动性能进行了分析比较。研究结果表明优化设计的顺流结构具有优良的气动性能而结构设计更加简单。论文最后给出了研究结论并对大功率汽轮机调节级的气动性能分析和气流激振机理研究方向进行了展望。     

从最高轮周效率出发选择大功率汽轮机调节级的热力—气动参数

文章分别从余速不能利用及能部分利用两种情况出发，根据一维能量方程及考虑级的速度三角形，推导了级的轮周效率表达式及动叶相对进口汽流角和绝对出口汽流角的表达式；分析了公式中各个参量对调节级轮周效率的影响，讨论了在大功率汽轮机调节级轮周效率有关的各热力－气动参数的合理选择范围。     

汽源内切换状态下流动诱导的汽轮机振动特性数值模拟

针对工业给水泵汽轮机汽源内切换状态下,周向非均匀蒸汽引起机组振动问题,应用ABAQUS软件进行了数值模拟。采用模态瞬态动力学分析方法,得到了转子系统的主要模态,对比了在不同调节方式、运行工况下调节级动叶及转子系统的瞬态响应。计算结果表明:调节方式与运行工况对调节级动叶的响应频率影响较小,且主要表现为低频响应;相比于低压蒸汽单独进汽VWO工况、低压蒸汽单独进汽30%THA工况和高低压蒸汽混合进汽30%THA工况,高低压混合进汽VWO工况三个方向振幅均最大;调节级轮盘受整圈调节级叶片气流力作用时,调节级轮盘与转轴的X向(轴向)响应频率不同,Y、Z方向的振动响应曲线基本相同;同一调节方式下,VWO工况监测点Y向振动峰值是30%THA工况的3. 7～3. 8倍。     

冲动级与反动级叶高之比较

电厂汽轮机主要以反动级和冲动级为主,相同参数下两者叶片高度的比较是研究叶高损失的重要途径。运用连续性方程、级的焓降公式,从理论上证明了在相同进汽参数、蒸汽流量和平均直径下,反动级叶片高度大于冲动级,前者的叶高是后者的1.315倍,即前者的叶高损失小于后者。并通过敏感性分析,得出了忽略喷嘴前后比容变化的影响是可以接受的,冲动级采用一定的反动度,对叶高比的影响不大。影响两者叶高比的主要因素是设计喷嘴的出口汽流角以及动叶出口的余速利用。     

双层围带侧装式调节级动叶安全性设计

对侧装式调节级动叶的强度振动计算分析及其应用范围进行了介绍,并对部分进汽时进汽喷嘴的布置方法提出了建议.     

静叶尾迹对汽轮机级内流场影响的数值分析

采用计算流体动力学软件,数值模拟了汽轮机高压级内的非定常流场,研究了静叶尾迹向下游流场传播和掺混的过程以及对叶顶汽封泄漏流的影响规律。研究结果表明:静叶尾迹在传播过程中会产生拉伸、扭曲和扩散,致使动叶通道内呈现出复杂的非定常流动。静叶尾迹和动静干涉作用影响汽封入口周向的压力波动,并加剧了围带面动压的强弱变化。受静叶尾迹影响,动叶出口的各项流动损失都呈现出周期性的变化规律。     

迷宫汽封与平衡孔在透平级中应用的仿真研究

为了进一步认识匹配应用迷宫汽封和平衡孔对透平级气动性能的影响,采用商用软件CFX,数值仿真了某汽轮机高压一级半透平、堵住平衡孔的一级半透平内部的三维流场.通过对计算结果的比较分析发现,转子带凸台的高低齿迷宫式汽封,与转子外径相等、同压比的等齿高直通型迷宫汽封相比,泄漏流动的方向折转以及在汽封腔内形成的旋涡显著增多,因此强化了对泄漏流的阻抗及其动能的耗散,提高了汽封的封严性.对于低反动度透平级,气流对动叶栅的直接冲击是级内轴向力产生的主要原因.叶冠的径向高度远小于叶高,但是叶冠产生的轴向力在级轴向力中占有较大比例.平衡孔需要与前后静叶隔板汽封以及动叶前后轴向间隙汽封匹配设计,设计合理,能够消除泄漏流对主流的干扰,降低透平级的流动损失.     

基于谐响应工业汽轮机调节级动应力分析研究

数值计算部分进汽、变转速工业汽轮机调节级动应力,讨论转速对其影响。某高温高压工业汽轮机,转速变化范围7200r/min～11 000r/min。分析结果表明最低转速的等Q准则涡面积较最高转速增加17%～23%,同时部分进汽产生的低频冲击力也增加7%～16%。将瞬态汽流力傅里叶分解为若干简谐激振力之和,然后使用ANSYS计算循环对称盘片结构在这些简谐力下的响应,因各节径振动之间具有正交性,将以上响应叠加就可以得到整个盘片瞬态动应力,这样不仅节约计算资源而且结果更精确。判断哪些转速会产生较大的动应力可以有效减少计算量,一般危险转速为最低转速和可发生节径共振的转速。高频频激振力虽小,若其满足盘片系统共振条件,所产生的破坏要比部分进汽低频激振力大。所分析的调节级最大动应力对应的转速为最低转速7200r/min,其应力变化幅度是最高转速的120%,叶根销孔处动应力最大,也最容易失效,从时间上看,最大动应力出现在叶片从进汽弧段进入堵塞弧段这一时刻,设计工业汽轮机调节时应避免盘片在转速范围发生与喷嘴当量只数相同倍频的共振,同时要注意优化喷嘴弧段分布以减少动应力。     

四高调阀异喷嘴数配置对大型汽轮机顺序进汽方式的影响分析

许多大型汽轮机高调阀对应的喷嘴数目存在很大的差异性,现有研究成果缺乏针对高调阀异喷嘴数配置汽轮机顺序阀进汽策略的考虑.首先,给出了国内典型四高调阀汽轮机的异喷嘴数配置,并从调节级局部进汽条件下作用在转子上的不平衡汽流力的角度,分析了汽轮机异喷嘴数配置对其顺序阀进汽方式影响的物理机制,提出了喷嘴配汽规律的优化设计方案;然...     

新型大功率汽轮机调节级动叶振动分析

调节级动叶运行工况恶劣,其承受复杂的激振力,为了调开共振,必须对其频率进行准确的把握.调节级动叶结构复杂,其频率采用常规方法计算及试验均存在较大难度.本文采用有限元方法对某采用轴向插入双T型叶根的成组调节级动叶频率进行了计算,准确模拟调节级动叶片实际工作状态,提高了计算精度,计算结果满足工程设计要求,为调节级的设计和优化改进提供了一种可靠的手段.     

超临界机组顺序阀优化改造研究

机组在变负荷过程中,由于喷嘴配汽方案设计不当,会引发调节级附近的各轴承发生轴心偏移、瓦温升高、轴振不稳定等轴系故障,极大的危害机组的安全运行.对于亚临界机组,许多研究单位已经开展了相关研究,并进行了顺序阀优化改造实践,取得了良好的应用效果.本文开展了超临界机组配汽不平衡汽流力对机组的影响分析,并进行了超临界机组的配汽优...     

汽轮机转子涡动汽流激振力分析与CFD数值模拟

汽轮机转子涡动时轴心偏离静子中心产生轴系失稳的Thomas/Alford汽流激振力,传统的叶顶间隙激振力公式对此不能全面准确评估。该文综合考虑转子涡动以及围带汽封二次流,在动叶通道,根据蒸汽做功分析涡动效应激振力;在叶顶围带汽封,用CFD数值模拟泄漏蒸汽三维粘性流场,确定蒸汽激振力。研究结果表明小的静偏心和动偏心条件下,转子涡动动偏心在动叶通道诱发的激振力要大于静偏心激振力;围带汽封汽流预旋速度对间隙激振力有重要影响;调门不对称进汽也是蒸汽激振力的另一个重要来源。     

调节级局部进汽对下游动叶气动负荷影响的数值研究

基于舰船用主汽轮机多工况、变转速、变参数的特点,应用商业软件CFX对具有3组喷嘴的复速级叶栅进行全周数值模拟,着重分析了调节级局部进汽对下游动叶气动负荷的影响,数值模拟结果表明,各个喷嘴组边界壁面的存在对流动具有较大影响,同时喷嘴叶栅Ⅰ的叶片型线的不同导致边界畸变对流动的影响更敏感。动叶叶栅的压力分布特点表明了尾迹低速区和主流低压区是形成动叶流动参数不稳定的主要因素,从而形成了叶栅内特有的非定常流动现象。     

不同阀序工况超超临界汽轮机调节级汽流弯应力数值分析

应用ANSYS-CFX商业软件对某超超临界汽轮机带进汽室调节级流场进行三维定常数值模拟,采用插值方法将流场计算得到的动叶壁面静压分布转化为叶片有限元模型表面各个节点的汽流力,计算对比了调节级不同阀序工况下的叶片汽流弯应力。计算结果表明:1阀全开工况、2阀对开工况、2阀顺开工况和3阀全开工况的最大汽流弯应力分别约为4阀全开工况的10倍、3倍、3倍和2倍。     

低压缸切缸工况下流动与鼓风特性数值研究

为了研究低压缸切缸工况时机组的运行能力,以国内某电厂汽轮机低压缸为研究对象,建立低压缸单边八级叶栅单通道流场三维计算模型,分析不同入口流量下其内部流动结构和气动性能以及末级动叶的鼓风加热特性。结果表明：随着低压缸入口流量的持续减小,排汽出口和末级叶栅内会陆续出现排汽回流和汽流分离现象,并伴随有动叶入口的负攻角现象;当低压缸入口流量减小至1.19%额定流量时,工质做功无法弥补低压缸转子旋转耗功,低压缸整机无法输出功率;当低压缸入口流量降低至7.44%额定流量时,末级通道动静交界面靠近叶顶区域和末级动叶通道靠近叶顶区域出现局部高温区,出现切缸工况末级动叶的鼓风加热效应;同时,切缸工况下末级静叶鼓风加热温度抬高程度显著大于末级动叶,相较于额定工况末级静叶和末级动叶表面最高温度分别抬高了约10596%和71.91%。